Appareil de chauffage électrique

Description

Domaine de l'invention

[0001] La présente invention concerne un appareil de chauffage électrique avec une surface émissive notamment en forme de panneau.

[0002] « Il existe déjà différents appareils de chauffage électrique utilisant un liquide à changement de phase. Parmi ces appareils, le document AU 513743 B2 Tomassi décrit un tel appareil de chauffage électrique à changement de phase formé par deux panneaux constituant sur toute leur surface, des canaux verticaux alimentés en partie haute par de la vapeur et faisant passer les condensats dans un collecteur relié par une conduite de liaison à la base d'une enceinte 30 formant un générateur de vapeur. Cette enceinte 30 est logée dans l'intervalle entre les deux panneaux, sensiblement à mi-hauteur de ceux-ci. Cette enceinte de forme prismatique inclinée est reliée par son extrémité supérieure collectant les vapeurs, par une conduite, à la partie supérieure des deux panneaux au-dessus des canaux verticaux. La vapeur descend dans les canaux et se condense. Les canaux sont remplis jusqu'au point haut du volume du générateur de vapeur avec le liquide puisque les résistances chauffantes du générateur de vapeur doivent être immergées dans le liquide.

Etat de la technique

[0003] Il existe différents systèmes d'appareils de chauffage électriques notamment en forme de panneau à usage domestique pour le grand public. Ces appareils de chauffage utilisent soit la convexion soit le rayonnement.

[0004] Les convecteurs électriques sont constitués par un boîtier logeant une résistance électrique qui chauffe de l'air mis en circulation, entrant en partie basse dans le boîtier et sortant, en partie haute.

[0005] Les appareils travaillant par rayonnement ont une surface émissive constituée par une enceinte contenant un volume de liquide chauffé par un thermoplongeur comme par exemple, les radiateurs sèche-serviettes de salles de bains. Il existe également des appareils de chauffage par rayonnement comportant des éléments solides en céramique, en aluminium ou en fonte avec des résistances électriques incluses. Ces appareils sont appelés systèmes à inertie « sec » par opposition aux autres systèmes à inertie « fluide ».

[0006] Ces appareils de chauffage utilisent des résistances électriques d'une puissance allant de 500 à 2 500 Watts.

[0007] L'inertie thermique de ces appareils est relativement grande ce qui réduit l'efficacité de la régulation et se traduit par une consommation électrique assez importante qui ne peut se réduire que de façon limitée par la régulation électromécanique ou électronique programmable ou non programmable.

[0008] Cet appareil a l'inconvénient d'avoir une surface émissive pour l'échange de chaleur par radiation, éventuellement et à moindre degré par convection qui est chaude en partie haute du fait du contact avec la vapeur et froide en partie basse du fait du contact avec les condensats dans les cheminées.

But de l'invention

[0009] La présente invention a pour but de développer un appareil de chauffage électrique, à surface émissive, efficace, permettant de réduire de manière importante la consommation électrique pour une même qualité de chauffage et qui soit de construction simple et économique.

Exposé et avantage de l'invention

[0010] A cet effet, la présente invention concerne un appareil de chauffage électrique selon la revendication 1. L'appareil de chauffage électrique selon l'invention a l'avantage d'être d'une réalisation extrêmement simple et d'un fonctionnement efficace, grâce à sa faible inertie thermique. Cette faible inertie thermique est en outre particulièrement intéressante pour la mise en température rapide de l'ensemble de la surface émissive constituée par le panneau ; le liquide caloporteur utilisé dans les appareils de chauffage électrique à inertie « fluide » est remplacée par la vapeur chaude qui se répartit rapidement sur toute la surface d'échange de chaleur et surtout régularise automatiquement la température de cette surface de chauffe puisque les points qui pourraient être froids constituent des points de condensation et de ce fait se réchaufferont préférentiellement aux autres parties de la surface d'échange de chaleur ; ainsi, la surface émissive formée par le panneau prend très rapidement une température uniforme. Cette uniformité de la température assure un échange efficace de chaleur avec l'extérieur principalement par rayonnement. La régularité de la température de l'ensemble de la surface émissive du panneau constitue un moyen de chauffage très confortable du fait de la grande surface de rayonnement et de la régularité de l'évolution de la température.

[0011] Le liquide à changement de phase, à faible température d'ébullition, peut être un liquide passant à l'état de vapeur à une température relativement faible et à pression ambiante mais aussi un liquide à faible température d'ébullition à pression très faible, par exemple de l'eau placée dans l'enceinte dans laquelle on a réalisé un certain vide.

[0012] L'inertie thermique très faible est également avantageuse pour la régulation automatique de l'appareil en fonction d'une température de consigne. L'abaissement de température rapide du panneau à l'arrêt de l'organe de chauffage réduit les pertes et permet globalement un suivi très précis d'un chauffage programmé.

[0013] L'enceinte comporte, de préférence, un canal de condensation débouchant dans la partie haute de l'enceinte et relié au réservoir pour former un piège à condensat dans lequel la vapeur se condense pour descendre dans le canal et réalimenter le réservoir afin que celui-ci soit en permanence alimenté et liquide dans les conditions normales de fonctionnement de l'appareil (en l'absence de surchauffe, détectée par la commande de l'appareil).

[0014] Cette réalimentation permanente du réservoir permet une mise en circulation de la vapeur régularisant considérablement la température de fonctionnement de l'appareil, ce qui est particulièrement avantageux pour l'effet de chauffage et l'impression physiologique de confort assuré par cet appareil de chauffage électrique tout en réduisant considérablement la puissance par une meilleure utilisation de la puissance disponible.

[0015] Suivant l'importance de l'appareil de chauffage, c'est-à-dire sa puissance, on pourra prévoir un ou plusieurs canaux de condensation de préférence installés sur les côtés de l'appareil dans le cas où il s'agit d'un panneau. Ces canaux peuvent être intégrés dans l'appareil ou constitués un élément extérieur sous la forme d'un tube de faible section, par exemple placé à l'arrière de l'enceinte, notamment du panneau.

[0016] Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'enveloppe fermée est un panneau plan mais il peu également s'agir d'une surface développable telle qu'une surface cylindrique ouverte ou fermée ou une surface conique en fonction de l'implantation de l'appareil de chauffage. Cette grande diversité de formes est rendue possible par le fluide caloporteur qui est de la vapeur et par la très grande régularité de la température de la surface émissive de l'enveloppe fermée.

[0017] Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'enveloppe comporte des chemins de circulation de la vapeur en forme de cheminées. Ces cheminées régularisent la répartition de la vapeur sur toute la surface pour éviter les chemins préférentiels en général les plus directs entre la source de vapeur et la surface de condensation.

[0018] Suivant une autre caractéristique avantageuse, la commande comporte un thermostat et/ou un système de régulation électromécanique ou électronique programmable ou non programmable et/ou des moyens de protection pour éviter la surchauffe. Pour des raisons de sécurité suivant la réglementation, la température de la surface émissive, c'est-à-dire du panneau ne doit pas dépasser une température par exemple de 60°C.

[0019] Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'organe de chauffage est une résistance électrique ou une source de lumière halogène, c'est-à-dire un semi-conducteur de puissance. Il peut également s'agir plus généralement d'une diode. L'organe de chauffage est intégré au réservoir et immergé dans le liquide. Mais il peut également s'agir d'un organe de chauffage extérieur au réservoir, de façon à pouvoir réaliser l'enceinte, y compris le réservoir, de manière scellée et laisser l'organe de chauffage à l'extérieur ce qui le rend indépendant pour son remplacement. Le réservoir peut également être constitué par une surface transparente et l'organe de chauffage, par une source de rayonnement chauffant le liquide du réservoir à travers la paroi transparente.

Dessins

[0020] La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels :

• la figure 1 est une vue simplifiée d'un appareil de chauffage selon l'invention,
• la figure 2 est une vue simplifiée d'un autre mode de réalisation.

Description de modes de réalisation

[0021] La figure 1 montre un premier mode de réalisation d'un appareil de chauffage électrique en forme de panneau constituant la surface émissive comprenant un organe de chauffage 120 alimentant une enveloppe fermée 200 en étant géré par une commande 300. Cet appareil de chauffage fonctionne principalement en rayonnement, la convexion ne représentant qu'une faible part de l'échange de chaleur. Le rayonnement est émis par la surface émissive formée par le panneau, notamment la face avant de celui-ci.

[0022] L'élément de chauffage 100 est constitué par un réservoir 110 de faible volume, dans lequel se trouve un organe de chauffage 120 schématisé par une résistance électrique. L'organe de chauffage 120 peut également être installé à l'extérieur du réservoir 110 pour que l'enceinte formée par le panneau 210 et le réservoir 110 avec le liquide, puisse être scellée en laissant l'organe de chauffage accessible pour son installation ou son remplacement. Dans ce cas, le réservoir peut être avantageusement transparent et l'organe de chauffage, une lampe halogène. Le réservoir 110 reçoit un liquide à changement de phase, à faible température d'ébullition tel qu'un liquide organique, par exemple un alcool ou de l'éther ou un HCFC ou encore un liquide à faible température d'ébullition, à pression réduite voire très réduite comme de l'eau. Le réservoir 110 alimente en vapeur l'enveloppe 200, représentée ici en forme de panneau, surmontant le réservoir 110 et communiquant avec celui-ci. Cette enveloppe fermée 200 est une enceinte hermétique, résistant à une pression interne de l'ordre de quelques bars, par exemple 3,5 bars en régime maximum ; elle est destinée à travailler à une température maximale en régime qui serait de 50 à 60° C. Selon certaines réglementations, la température maximale de la surface émissive que l'on peut toucher est de 60°C pour éviter les accidents par brûlure.

[0023] Le panneau 210, de forme rectangulaire ou carrée dans cet exemple, est bordé par deux canaux de condensation 220, ouverts en partie haute de l'enceinte. Les canaux forment des pièges de condensation car séparés de la circulation directe de vapeur émise par le réservoir, ils sont des zones froides dans lesquelles la vapeur se condense et descend pour réalimenter le réservoir 100. Le renouvellement de la vapeur dans le ou les canaux se fait par l'équilibre des pressions. Cette circulation de fluides (vapeur, condensat) permet une très grande régularité de la température.

[0024] Par souci d'homogénéisation, il est préférable de prévoir un canal de condensation de chaque côté. On peut également ne prévoir qu'un canal de condensation. Enfin, le ou les canaux de condensation peuvent être réalisés derrière le panneau.

[0025] Le panneau 210 formant la surface émissive, peut être en une seule matière, par exemple en tôle soudée ou en deux matières, l'une relativement isolante et l'autre conductrice de chaleur de façon que seule la face avant soit émissive et que la face arrière soit isolante.

[0026] L'enceinte 200 ainsi formée est scellée de manière étanche pour que le fluide liquide / vapeur circule en boucle dans le panneau en fonction de l'énergie fournie par l'organe de chauffage 120, dépendant de la température de consigne fixée.

[0027] Cet organe de chauffage 120 est une résistance mais il peut également s'agir d'un autre composant électrique/électronique dégageant de la chaleur tel qu'une lampe halogène.

[0028] La commande 300 règle le fonctionnement de l'appareil et sa mise en sécurité. La commande comporte un thermostat réglable 310 permettant de fixer une température de consigne. Elle est également reliée à un capteur de pression 320 installé dans l'enceinte et surveillant la pression pour éviter toute surpression ainsi qu'un capteur de niveau de liquide 330 pour que l'organe de chauffe ne fonctionne que si le réservoir 110 contient un niveau suffisant de liquide et assure un contrôle de l'absence de liquide. Un capteur de température 340 surveille la température de la surface émissive.

[0029] L'appareil de chauffage décrit ci-dessus avec une enveloppe 200 en forme de panneau peut avoir une forme autre que plane.

[0030] La figure 2 montre un autre mode de réalisation d'un appareil de chauffage électrique également avec une enveloppe 200A en forme de panneau 210A. En partie basse, il comporte le réservoir 110A avec l'élément de chauffage 120A. Le réservoir 110A communique avec l'enceinte 200A dans laquelle il débouche pour le passage de la vapeur.

[0031] Le panneau 210A comporte des cheminées 211A par lesquelles remonte la vapeur. L'enveloppe 200A est bordée par deux canaux de condensation 220A dont l'entrée est en partie haute de l'enceinte et qui sont reliés en partie basse, au réservoir 110A. la vapeur se condense ainsi de préférence dans ces canaux, notamment de faible section, pour y descendre à l'état de condensat et en étant également poussés par le renouvellement de vapeur dégagée par le réservoir et l'organe de chauffage. Le canal de condensation 220A est, de préférence, comme ici, un canal extérieur en forme de tube constituant une zone d'autant plus froide qu'il est à l'extérieur et échange plus rapidement la chaleur que s'il était dans le panneau ; il piège ainsi la vapeur et la condense pour réalimenter le réservoir 110A. Le recyclage de la vapeur par condensation dans le canal 220A permet de créer une circulation de vapeur à température très stable et uniforme. De façon avantageuse, le ou les canaux de condensation sont réalisés dans le panneau lui-même de préférence formé par l'assemblage de deux tôles embouties avec les différentes formes.

[0032] Le panneau 210A est équipé d'une commande 300A qui gère le fonctionnement pour la régulation de la température à l'aide d'un thermostat et les fonctions de sécurité, pour régler la pression à une valeur maximale, par exemple 3,5 bars et éviter le fonctionnement de l'organe de chauffage 120A en l'absence de liquide, si celui-ci est complètement vaporisé.

[0033] Le panneau 210A est formé par l'assemblage de deux plaques, par exemple en tôle, mise en forme pour avoir des cheminées et des surfaces intermédiaires 212A soit découpées, soit constituées par la matière et augmentant la surface d'émission, principalement par rayonnement.

[0034] Le volume de liquide dans l'appareil de chauffage quel que soit son mode de réalisation, est défini en fonction de la forme du panneau et de la puissance demandée à l'appareil de chauffage.

[0035] Plusieurs panneaux peuvent être combinés à une seule régulation de température et être gérés par un thermostat unique, les fonctions de sécurité restant propres à chaque appareil telles que la sécurité en cas d'évaporation totale du liquide, coupant l'organe de chauffe ou encore de limitation de la pression à l'intérieur du panneau pour ne pas dépasser une pression par exemple de 3,5 bars.

[0036] Cela permet une conception modulaire d'une installation de chauffage avec des éléments modulaires constitués chacun comme ceux représentés aux figures 1 ou 2 et correspondant à une puissance élémentaire. La combinaison de deux ou plusieurs panneaux permet d'obtenir une gamme de puissances.

Revendications

1. Appareil de chauffage électrique avec une surface émissive et un liquide à changement de phase ayant :

- un élément de chauffage (100) électrique alimentant en vapeur une enveloppe (200) fermée formant la surface de chauffage, le liquide à changement de phase transférant la chaleur par évaporation/condensation, ladite enveloppe fermée formant une enceinte hermétique résistant à la pression,

- un réservoir (110) de faible volume muni d'un organe de chauffage (120) et contenant le liquide, appareil de chauffage électrique caractérisé en ce qu'il comporte

- ladite enveloppe (200) fermée en forme de panneau (210) surmontant le réservoir (110) qui débouche dans le panneau pour le passage de la vapeur,

- au moins un canal de condensation (220),

* ouvert en partie haute de l'enveloppe (210),

* séparé de la circulation directe de la vapeur émise par le réservoir (110),

* constituant une zone froide formant un piège de condensats, et

* conduisant les condensats dans le réservoir (110).

2. Appareil de chauffage électrique selon la revendication 1,
caractérisé par
un canal de condensation de chaque côté du panneau (210).

3. Appareil de chauffage électrique selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
le panneau (210A) comporte des cheminées (211A) par lesquelles remonte la vapeur et l'enceinte (200A) est bordée par deux canaux de condensation (220A) reliés en partie basse au réservoir (110A) dont l'entrée est en partie haute de l'enceinte (200A).

4. Appareil de chauffage électrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,
caractérisé en ce que
le canal de condensation (220, 220A) est un canal extérieur à l'enveloppe (200, 200A).

5. Appareil de chauffage électrique selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
l'organe de chauffage (120) est installé dans le réservoir. (110)

6. Appareil de chauffage électrique selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
l'enveloppe (200) fermée est un panneau plan.

7. Appareil de chauffage électrique selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
l'enveloppe (200A) comporte des chemins de circulation de la vapeur, en forme de cheminées (211A).

8. Appareil de chauffage électrique selon la revendication 1,
caractérisé par
une commande (300) reliée à l'organe de chauffage, (120) comportant un thermostat (310) et/ou un système de régulation électromécanique ou électronique programmable ou non programmable et/ou des moyens de protection pour éviter la surchauffe ou la montée en pression de la vapeur.

9. Appareil de chauffage électrique selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
l'organe de chauffage (120) est une résistance électrique ou une lampe halogène.

10. Appareil de chauffage électrique selon la revendication 1,
caractérisé par
un capteur de température (340) de la surface émissive.

Ansprüche

1. Elektrische Heizvorrichtung mit einer emittierenden Oberfläche und einer Flüssigkeit mit Phasenveränderung, aufweisend:

- ein elektrisches Heizelement (100), das eine geschlossene Umhüllung (200), welche die Heizoberfläche bildet, mit Dampf speist, wobei die Flüssigkeit mit Phasenveränderung die Wärme durch Verdampfung/Kondensation überträgt, wobei die geschlossene Umhüllung ein druckfestes hermetisch geschlossenes Gehäuse bildet,

- einen Behälter (110) mit geringem Volumen, der mit einem Heizorgan (120) versehen ist und die Flüssigkeit enthält,

wobei die elektrische Heizvorrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie Folgendes umfasst:

- die geschlossene Umhüllung (200) in Form einer Platte (210), die über dem Behälter (110) angeordnet ist, der zum Durchlass des Dampfes in die Platte mündet,

- wenigstens einen Kondensationskanal (220),

* der am oberen Teil der Umhüllung (210) offen ist,

* der von der direkten Zirkulation des von dem Behälter (110) abgegebenen Dampfes getrennt ist,

* der eine kalte Zone darstellt, die eine Kondensatfalle bildet, und

* der die Kondensate in den Behälter (110) leitet.

2. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
einen Kondensationskanal an jeder Seite der Platte (210).

3. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Platte (210A) Kamine (211A) umfasst, durch die der Dampf aufsteigt, und dass das Gehäuse (200A) von zwei Kondensationskanälen (220A) begrenzt ist, die am unteren Teil mit dem Behälter (110A) verbunden sind und deren Einlass sich am oberen Teil des Gehäuses (200A) befindet.

4. Elektrische Heizvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Kondensationskanal (220, 220A) ein außerhalb der Umhüllung (200, 200A) befindlicher Kanal ist.

5. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Heizorgan (120) in den Behälter (110) eingebaut ist.

6. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die gebildete Umhüllung (200) eine ebene Platte ist.

7. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Umhüllung (200A) Wege für die Zirkulation des Dampfs in Form von Kaminen (211A) umfasst.

8. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
eine mit dem Heizorgan (120) verbundene Steuerung (300), die einen Thermostat (310) und/oder ein programmierbares oder nicht programmierbares elektromechanisches oder elektronisches Regelsystem und/oder Schutzmittel zum Verhindern einer Überhitzung oder eines Druckanstiegs des Dampfs umfasst.

9. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Heizorgan (120) ein elektrischer Widerstand oder eine Halogenlampe ist.

10. Elektrische Heizvorrichtung nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
einen Fühler (340) für die Temperatur der emittierenden Oberfläche.

Claims

1. Electrical heating appliance comprising an emissive surface and a phase-change liquid, comprising:

- an electrical heating element (100) that supplies vapour to a closed casing (200) that forms the heating surface, the phase-change liquid transferring heat by means of evaporation/condensation, said closed casing forming a pressure-resistant hermetic chamber,

- a tank (110) having a small volume that is provided with a heating member (120) and contains the liquid,
said electrical heating appliance being characterised in that it comprises

- said closed casing (200) in the form of a panel (210) that is mounted on the tank (110), which tank is in communication with the panel in order to allow the vapour to pass through,

- at least one condensate channel (220)

- that opens in the upper portion of the casing (210),

- that is separated from the direct flow of the vapour emitted by the tank (110),

- that constitutes a cold region that forms a condensate trap, and

- that conveys the condensates in a tank (110).

2. Electrical heating appliance according to claim 1, characterised by a condensation channel on either side of the panel (210).

3. Electrical heating appliance according to claim 1, characterised in that the panel (210A) comprises chimneys (211A) through which the vapour rises, and the chamber (200A) is bordered by two condensation channels (220A) that are connected at the bottom to the tank (110A) and the inlet of which is in the upper portion of the chamber (200A).

4. Electrical heating appliance according to any one of claims 1 to 3, characterised in that the condensation channel (220, 220A) is a channel that is on the outside of the casing (200, 200A).

5. Electrical heating appliance according to claim 1, characterised in that the heating member (120) is installed in the tank (110).

6. Electrical heating appliance according to claim 1, characterised in that the closed casing (200) is a flat panel.

7. Electrical heating appliance according to claim 1, characterised in that the casing (200A) comprises vapour flow paths in the form of chimneys (211A).

8. Electrical heating appliance according to claim 1, characterised by a controller (300) that is connected to the heating member (120) and comprises a thermostat (310) and/or a programmable or non-programmable electromechanical or electronic control system, and/or protective means for preventing overheating or a rise in vapour pressure.

9. Electrical heating appliance according to claim 1, characterised in that the heating member (120) is an electrical resistor or a halogen lamp.

10. Electrical heating appliance according to claim 1, characterised by a temperature sensor (340) for sensing the temperature of the emissive surface.

Dessins